Подойдет ли этот новый мультишпиндель с ЧПУ для вашего цеха?

Компания Davenport Machine Company нашла хорошую конструкцию многошпиндельного станка сразу после начала этого века. По словам Дона Фирма, президента компании, было достаточно того, что многие части модели DA 1908 года, выставленной в штаб-квартире компании в Рочестере, штат Нью-Йорк, взаимозаменяемы, и модели B 1996 года, собираемой на заводе.

Однако мир, в котором проживает Davenports и многошпиндельные автоматические винтовые станки в целом, быстро меняется. Давление рынка в виде меньших размеров партии и более высоких требований к допускам в сочетании с нехваткой квалифицированных специалистов по наладке поднимает вопросы о расширении почтенной многошпиндельной автоматики.

Г-н Фирма руководит усилиями Давенпорта по созданию многошпиндельного станка следующего столетия. Сервотехнология ЧПУ развилась до точки практического применения для многошпинделей.

Он рассматривает этот новый станок, получивший обозначение LS 522, как решение проблем, возникающих в цехах по производству винтовых станков, и как технологическую альтернативу для цехов, не использующих шнековые станки. Во время недавнего визита нам представили эту машину перед ее представлением на IMTS 96.

Multi Basics Многошпиндельные станки позволяют быстро изготавливать детали, поскольку их конструкция позволяет выполнять более одной операции резки одновременно. В общем случае (из-за множества вариаций) каждый шпиндель мультиварки пересекается двумя независимыми осями движения инструмента.

Одним из них является поперечный суппорт, который перемещает режущий инструмент перпендикулярно центральной линии шпинделя. Второй суппорт несет концевые рабочие инструменты и перемещается по центру от конца задней бабки станка. Соответственно, инструменты на этих суппортах приравниваются к инструментам OD и ID на одноточечном токарном центре. Но многошпиндельный станок может одновременно использовать инструмент для наружного и внутреннего диаметра на каждом шпинделе. Станки Davenport имеют пять шпинделей, поэтому они могут одновременно вводить в резку не менее десяти инструментов.

Шпиндели на многоцелевом станке установлены по периферии индексируемого барабана. Поскольку все операции резания на многошпиндельном станке происходят одновременно, каждый индекс шпиндельного барабана производит готовую деталь. На пятишпиндельном Davenport это пять деталей на каждый оборот барабана.

Количество или качество

Сколько большинство из нас помнит, многошпиндельный автомат удерживал титул крупносерийного производства мелких деталей вращения. Но он не вращает детали быстрее, чем машины других конструкций. Поскольку многие многоцелевые станки представляют собой прутковые станки, скорость вращения шпинделя консервативна по сравнению с патронными патронами и медленнее по сравнению с возможностями одношпиндельного токарного центра с ЧПУ.

Секрет скорости многошпиндельной обработки заключается в совокупном времени цикла по сравнению с аддитивным. Они делают это, разбивая цикл обработки детали на множество небольших операций, а затем выполняя эти операции одновременно на нескольких шпинделях.

Время машинного цикла на мультирежиме определяется самой продолжительной операцией резки на станции. Вот пример. На третьей станции есть операция сверления концевых суппортов, которая занимает 0,75 секунды (включая указатель). Следующей по длительности операцией является 0,65-секундная канавка с поперечным скольжением на четвертой станции. Поскольку мультишпиндель может использовать все станции одновременно, время цикла для задания отражает самую длинную выполненную операцию, которая в данном случае составляет 0,75 секунды.

Вообще многошпиндельные автоматы больше известны высоким быстродействием, чем высокой точностью. Механические части с их кулачками, валами, рычагами и другими исполнительными механизмами просто содержат слишком много неточностей, чтобы постоянно обеспечивать множество жестких допусков, требуемых клиентами.

Для более высоких допусков многие мастерские обращаются к одноточечным токарным центрам с ЧПУ. «Их программируемость и сервоуправление контуром обеспечивают меньшие допуски на одну десятичную точку по сравнению с большинством автоматических систем», — говорит г-н Фирм.

Поскольку одноточечная токарная обработка представляет собой последовательный процесс, эти станки не могут производить такие объемы, как многошпиндельные станки. За черновым проходом следует чистовой проход. Операция торцевания выполняется перед операцией сверления или растачивания.

Следовательно, время цикла на токарном центре является аддитивным. Время, необходимое для каждой операции, суммируется, и сумма становится временем цикла. Скорости и подачи могут сократить общее время за счет более быстрого выполнения каждой операции резания, но процесс является последовательным.

Автоматический пресс

Многошпиндельная автоматика является одной из последних областей чисто механического управления движением. Большинство таких станков можно найти в магазинах, специализирующихся на изготовлении «деталей винтовых машин». Среди этих магазинов многие известны больше за марки винтовых станков, которые они используют, чем за продукты, которые они производят. Есть магазины Davenport, магазины New Britain, магазины Acme и другие.

Есть веская причина, по которой магазины специализируются на машинах данной марки. Это очень квалифицированный техник, который может настроить один из этих автоматических винтовых станков. Каждая машина имеет определенные характеристики.

Настройка и запуск мультишпинделя — это ручная операция. Требуется много навыков и опыта, чтобы «настроить» механику, которая заставляет эти машины работать. К сожалению, растет нехватка персонала, способного выполнять эту работу.

Нехватка персонала усугубляется растущей потребностью в более частой настройке многошпиндельных станков. Долгосрочные рабочие места, традиционная жизненная сила индустрии винтовых станков, становятся короче.

Магазины сталкиваются с жесткой конкуренцией за контракты с традиционными винтовыми станками, потому что таких контрактов заключено меньше. Клиенты заказывают детали небольшими партиями, но чаще, отчасти из-за потребности в своевременном наличии запасов, а отчасти из-за более коротких жизненных циклов продукта.

В некоторых магазинах машины постоянно настроены для выполнения повторяющихся заданий. Когда заказ выполнен, машина простаивает. Магазины должны выбирать между стоимостью установки и демонтажа и отказом от эксплуатации машины. С ростом давления на маржу становится трудно оправдать неполное использование ресурсов магазина.

Что нового

С самого начала новый LS 522 Давенпорта — новая машина. Основание представляет собой цельную деталь, отлитую из эпоксидно-гранитной смеси. Этот композитный материал обладает отличными характеристиками гашения вибрации и термической стабильностью.

Конструкция основания оставляет конец задней бабки станка открытым. Конвейер для стружки с резервуаром для сбора охлаждающей жидкости может входить в это отверстие и располагаться непосредственно под зоной резания станка. Стружка и охлаждающая жидкость направляются на конвейер по желобам, отлитым в основании.

Важнейшей технологией для этой новой машины является система управления движением. «Сервотехнология сейчас находится на том этапе, когда ее применение к многошпиндельному станку становится практичным, — говорит г-н Фирм. "Пять лет назад только электроника, используемая в LS 522, стоила больше, чем прогнозируемая базовая цена машины."

За исключением двигателя привода главного шпинделя, на LS 522 имеется десять программируемых линейных осей. Каждая поперечная и концевая салазки имеют специальный серводвигатель. Работа этих электродвигателей значительно тише, чем система механического привода.

Для имитации движения хода, создаваемого кулачком, в этих компактных сервоприводах используется встроенный редуктор, который преобразует вращательное движение серводвигателя в линейное движение, создающее ход на выходном валу. Линейный двигатель соединяется непосредственно с соответствующим суппортом инструмента, что устраняет необходимость в шарико-винтовых передачах. Ход этих двигателей полностью программируется.

Редуктор обеспечивает механическое преимущество, которое дает выходному валу достаточное усилие в 800 фунтов на ползунок, чтобы подавать формовочные инструменты в большинство материалов.

Индексное позиционирование держателя шпинделя имеет решающее значение для точности размеров заготовки. Для посадки держателя шпинделя используется многозубая муфта Hurth. Индексное время составляет 0,4 секунды. Вместимость стержня составляет 0,875 дюйма для круглой заготовки, 0,625 дюйма для квадратной заготовки и 0,75 дюйма для шестигранной заготовки.

Привод главного шпинделя представляет собой двигатель переменного тока мощностью 14 л.с., который приводит в движение пять шпинделей через планетарную систему передач. Скорости программируются через ЧПУ и находятся в диапазоне от 250 до 6000 об/мин. Отдельные шпиндели можно запрограммировать на остановку при фрезеровании, поперечном сверлении или нарезании резьбы.

Управление для нового Давенпорта — 486 ПК. Для приведения в действие направляющих оси используется плата управления движением для связи между компьютером и сервоприводами. Контур обратной связи SERCOS, который использует волоконно-оптические кабели для связи сервоприводов с платой управления движением, передает данные позиционирования к серводвигателям и от них.

Точность?

«Возможности точности размеров многошпиндельных механизмов Davenport исчерпываются, когда требуются допуски более 0,002 дюйма», — говорит г-н Фирм. «Они просто не предназначены для обеспечения более высоких допусков».

Это еще одна причина для создания LS 522. Применение серводвигателей вместо кулачков и использование муфты Hurth на шпиндельном барабане увеличивает точность нового станка до ±0,0002 дюйма.

Ускорение настройки

«Традиционным механическим многошпиндельным станкам, включая Davenports, может потребоваться от 12 до 48 часов, чтобы настроить станок для новой работы», — говорит г-н Фирм. "Полное изменение для этого нового мультишпинделя займет около двух часов, что намного меньше, чем для запуска семейства деталей. При такой короткой настройке нет причин ограничивать использование ресурсов, выделяя станки для определенных заданий."

Ключом к сокращению времени переналадки является программируемость сервоприводов. Движение поперечных и концевых салазок на механическом станке создается кулачком. Точная настройка хода (компенсация оси) — это трудоемкий процесс проб и ошибок, при этом обычно требуется механическая регулировка каждого из десяти подвижных ползунков.

Сервотехнология вместо кулачков кардинально меняет этот процесс. С программируемым ходом быстрое перемещение и подача задаются нажатием клавиши. Компенсация смещения инструмента выполняется на элементе управления.

Для каждого шпинделя используются две контрольные точки. Продольный ноль является отправной точкой для поперечного скольжения. Осевая линия шпинделя является радиальной нулевой точкой концевого суппорта. Все перемещения осей являются положительными числами от этих начальных точек. Как и в кулачковых машинах, каждое движение оси представляет собой погружение. В новом Davenport используется стандартная оснастка, поэтому магазинам не нужно выбрасывать стандартную оснастку.

Оператор/программист просто вводит начальный и конечный размеры. Резидентная база данных рассчитывает скорость подачи в диапазоне от 0,0002 до 0,050 дюйма за оборот. Ввод повторяется для каждого слайда. Назначение операций и последовательность выполняются с использованием листа планирования процесса.

Силы, влияющие на производственные токарные операции, требуют, чтобы мастерские смотрели на обработку заготовок в ином свете. Время цикла почти всегда является мерилом производительности и важным критерием успешного участия в торгах.

Покупатели и магазины по-прежнему хорошо осведомлены о времени цикла. Его важность не следует сбрасывать со счетов. Тем не менее, общее время цикла для запуска также не следует игнорировать. С сокращением производственных циклов и необходимостью быстро реагировать на планирование JIT общее время цикла — то, что происходит до и после резки детали — становится все более важным показателем эффективности. То, насколько быстро магазин может сменить работу, является ключом к получению большей прибыли от производственного цикла. И общая пропускная способность магазина чаще всего является ключевым фактором в выигрыше или проигрыше контракта.

Покорение новых миров

Практически само собой разумеется, что новый Davenport LS 522 найдет желанный рынок в мастерских по производству винтовых станков. Сервопривод машины точно повторяет функциональность и скорость механических машин.

Опыт обработки заданий, отточенный на механических мультишпинделях, можно напрямую перенести на станок с ЧПУ. Оснастка также применима к новой машине без изменений.

«Эффективность одновременной обработки не вызывает сомнений, — говорит г-н Фирма. «Освобождение цехов от бремени длительной переналадки, обеспечение более высоких допусков, упрощение операций при сохранении скорости обработки деталей на уровне или выше, чем у механических частей, — вот обещание этого нового станка».

Давенпорт ожидает, что в области токарной обработки без винтовых станков станок LS 522 станет альтернативой одношпиндельным одноточечным токарным центрам. Эти магазины знают о программировании, но многие менее знакомы с инструментами форм и планированием процессов для одновременной работы.

Если эти мастерские перейдут от двухосевой одноточечной контурной токарной обработки к одноосевой токарной обработке фасонным инструментом, г-н Фирма видит, что токарные мастерские средней и высокой производительности будут использовать эти новые многошпиндельные станки, чтобы значительно увеличить свою производительность.

Это для вас?

По сути, есть два типа магазинов, которые могут рассмотреть этот новый многошпиндельный станок. Это цеха винтовых станков и цеха со средним и большим объемом токарной обработки с большим количеством компонентов, которые в настоящее время выполняются с использованием одноточечных токарных центров.

Цеха по производству винтовых станков должны признать снижение требований к настройке без потери механической функциональности в качестве производственного преимущества. В сегодняшних производственных условиях имеет смысл расширять возможности цеха для экономичного включения более коротких тиражей и более жестких допусков.

Для мастерских, использующих одношпиндельную токарную обработку с одной точкой, переход на многошпиндельную и фасонную оснастку представляет собой значительное изменение в технологии обработки. «Изменить способ обработки деталей никогда не бывает легко», — говорит г-н Фирма. «Необходимо учитывать затраты на формообработку по сравнению с одноточечными инструментами. Это другой способ токарной обработки заготовок, который необходимо изучить».

Но это может быть оправдано, если требования к качеству могут быть сохранены при значительном увеличении производства. Большая пропускная способность на машину означает, что на каждой машине можно разместить больше заданий.

Таким образом, если ваш бизнес заключается в точении большого количества прецизионных деталей в средних и больших объемах, предприятия, которые раньше не рассматривали многошпиндельные станки с ЧПУ, могут найти этот новый станок достойным внимания в качестве дополнения к одноточечным токарным центрам или токарным станкам. альтернатива автоматике.